薄壁叶片曲面变形与数控工艺参数分析研究

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随着人们对能源需求的日益增长,汽轮机的应用范围也越来越广泛,特别是船舶制造、能源动力等领域。这些领域的许多关键零部件采用的是薄壁叶片,该类叶片大多由空间样条曲线拟合而成,具有壁薄、加工难度大、叶型精度低等特点。目前采用的数控铣削方法无法满足薄壁叶片对加工精度和壁厚控制的要求,因此,对薄壁叶片的加工变形进行研究很有必要。  本文对国内外薄壁叶片加工变形的现状进行了研究,系统地分析了薄壁叶片加工变形产生的原因,从理论上对其进行了较全面的分析。在对汽轮机薄壁叶片的数控加工工艺进行分析的基础上,建立了更加适用于叶片曲面的铣削力模型,并基于切削力模型对薄壁叶片加工变形进行预测。对金属切削模拟有限元关键技术进行研究,对金属切削模拟过程中的网格大变形采用特殊的处理方法,得到了相对理想的模拟结果,并将该技术运用于薄壁叶片铣削加工变形的预测中。  本文的主要工作是在ABAQUS有限元分析软件的基础上,分别运用铣削力加载方式和金属切削有限元理论对薄壁叶片的铣削加工变形进行四因素、四水平的有限元模拟试验研究,以分析研究数控工艺参数对加工变形的影响,相互验证了铣削力模型和叶片变形预测方法的正确性,结果表明薄壁叶片铣削力模型和加工变形有限元预测方法是有效的。在四因素四水平的模拟试验基础上,利用线性回归方法,建立了基于汽轮机薄壁叶片的切削力与刀具几何参数的经验关系式。同时,获得铣削加工变形的基本规律,提出变形控制措施,叶片加工变形得到了一定程度的改善。
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